[发明专利]一种增强型混合纳米发电机及人机交互系统

说明书

本发明属于传感器技术领域，涉及一种增强型混合纳米发电机及人机交互系统，沉积铝层和沉积金层分别为顶部和底部的电极层，沉积铝层和沉积金层使用银膏将铜线与外部金属输出电极相连；氧化锌‑聚偏二氟乙烯层与聚四氟乙烯层之间耦合形成摩擦‑压电复合电极单体，摩擦‑压电复合电极单体设置在沉积铝层和沉积金层之间；摩擦‑压电复合电极层单体之间并联连接形成多层复合电极，摩擦‑压电复合电极单体层间设置有凹凸结构的氟化乙烯丙烯驻极体层，凹凸结构与顶部的沉积铝层之间形成气隙；采用多纳米发电机单体进并联增强了信号输出性能，通过关节处纳米发电机的信号采集实现人机动作同步与辅助检测，避免了复杂的电子电路铺设，提高了精度。

技术领域：

本发明属于传感器技术领域，涉及一种增强型混合纳米发电机及人机交互系统。

背景技术：

纳米发电机是一种新兴的柔性器件，在微电能系统和柔性传感方面有很大的潜力。现在的传感器大多是传统传感器，主要是靠一些典型的电气参数来进行信号的采集，这在特种环境和极端环境中的信息反馈受到了很大的限制。

人机交互是将人类的意图转移到机器人身上，并从中收集反馈信息。在人机交互中，传感器提供的反馈信息是闭环系统中的关键部分。尽管自供电纳米发电机在机器人关节传感与手势控制方面有了一定的研究，但是交互系统中主要进行了主控对象单向信号感知，在机器人侧缺乏信号反馈机制，不能实时检测纳米发电机在受控对象上的反馈效果，这使得纳米发电机在人机工程学中协调工作方面的应用有了一定的局限性。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种增强型混合纳米发电机及人机交互系统。

为了实现上述目的，本发明所述增强型混合纳米发电机的主体结构包括沉积铝层、聚四氟乙烯层、沉积金层、氧化锌-聚偏氟乙烯层和氟化乙烯丙烯驻极体层，沉积铝层和沉积金层分别为顶部和底部的电极层，其厚度均为200μm，采用电子束沉积法制备得到，沉积铝层和沉积金层使用银膏将铜线与外部金属输出电极相连；氧化锌-聚偏二氟乙烯层与聚四氟乙烯层之间耦合形成摩擦-压电复合电极单体，摩擦-压电复合电极单体设置在沉积铝层和沉积金层之间；摩擦-压电复合电极层单体之间并联连接形成多层复合电极，增强摩擦和压电输出性能；摩擦-压电复合电极单体层间设置有凹凸结构的氟化乙烯丙烯驻极体层，凹凸结构与顶部的沉积铝层之间形成气隙；使用时，第一层增强型混合纳米发电机顶部的沉积铝层与外部金属输出正电极相连，最底层增强型混合纳米发电机底部的沉积金层与外部金属输出负电极相连，当增强型混合纳米发电机受到外力作用时，各摩擦-压电复合电极单体内部发生摩擦运动或弯曲产生形变，使得增强型混合纳米发电机的输出电极同时输出摩擦电信号和压电信号。

本发明所述摩擦-压电复合电极层单体为柔性平板结构，其中氧化锌-聚偏氟乙烯层的制备是先采用水热法生长氧化锌纳米柱，再采用手持静电纺丝装置制造氧化锌-聚偏氟乙烯纳米复合薄膜。